980 nm半导体激光对根管壁牙本质润湿性的影响

刘雁 李丽娅 杜启涛 万宝杰 宁凤霞 宿彤

半导体激光又称二极管激光，是波长为800～980 nm的低能量激光，应用于根管预备后根管内照射，能有效杀菌，控制炎症，增加根管充填的封闭性，减少微渗漏，提高根管治疗的成功率[1]。机制是依靠其产生的热效应，破坏根管内细菌的细胞结构以及对牙本质小管的改建作用，从而改变根管壁界面。以往的研究多集中于根管壁的超微结构的角度以及根管微渗漏方面来探讨激光的效应。本研究分析经半导体激光照射后根管封闭剂在根管壁表面的铺展能力即研究根管封闭剂对根管壁的润湿性，探讨激光对根管壁的影响，找出最佳的激光参数，为临床提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料和设备

根管封闭剂Seal easy mix(VDW，德国)；PROTAPER镍钛器械(Densply，美国)；EDTA凝胶(美塔，韩国)；流动树脂BEAUTIFUL flow plus(松风，日本)；接触角测量仪(JC2OOOC1，上海中晨数字技术设备有限公司)；980 nm半导体激光(北京大恒新纪元)；扫描电子显微镜(Supra55,Zeiss，德国)。

1.2 方法

1.2.1 牙本质样本制备 选取因牙周病或正畸而拔除的第二前磨牙35 个。标准：(1)牙根发育完成，牙体保持完整，无龋坏，无明显裂纹；(2)扁平单根管，弯曲度<20°，未经治疗。

清除软组织及牙石，用高速手机在釉牙骨质界处截去牙冠，每个根管使用PROTAPER镍钛器械预备至F3，根管预备过程中使用EDTA凝胶润滑根管壁，每次更换器械使用1%NaClO溶液冲洗根管，预备完玻璃离子暂封浸泡于0.9%的生理盐水中4 ℃冰箱保存。截去根尖1/3，保留根冠2/3，使用骨凿将牙根纵劈开，保留根管壁剖面完整，打磨样本底并包埋于流动树脂中，水平仪调整使底部水平，制成长约7 mm，宽约4 mm，厚度约2 mm的牙本质片70 个(70 个样本分成7 组，因为对照无需分亚组，每组样本是10 个，其中有2 个做扫描电镜，另8 个做接触角测量的样本)。

1.2.2 实验分组 分实验组和对照组，实验组根据激光功率分3 组，每组再根据时间分2 个亚组，如下：A组对照；B1组1 W激光照射10 s；B2组1 W激光照射20 s；C1组2 W激光照射10 s；C2组2 W激光照射20 s；D1组3 W激光照射10 s；D2组3 W激光照射20 s。操作时光纤距离根管壁约1 mm成“Z”型折线非接触式照射，1 次5 s停留5 s再按同样方式照射5 s。

1.2.3 接触角测量 将根管封闭剂Seal easy mix(VDW)根据说明书在室温下迅速混合，按照分组在处理过的牙本质样本表面滴加，在接触角测量仪上测量封闭剂在1 min和静置60 min时与牙本质表面的接触角(图 1)。

测试方法:(1)选择需要用的测试照片；(2)然后用量角法测试；(3)选择基准线；(4)页面上会出现两条垂直相交直线，移动这两条直线，使其与液滴两边相切；(5)然后向下移动两条直线，使两条直线交点与液滴顶点重合；(6)向左旋转两条直线，使一条直线和液滴与基准线的交点重合，将180减去屏幕中显示的接触角数值，就是左接触角；(7)同理向右旋转两条直线，得出右接触角。本实验统一使用左接触角计算。

1.2.4 扫描电镜 每组各取两个样本在扫描电子显微镜下观察根管壁的超微结构。

1.3 统计学分析

2 结 果

2.1 各组牙本质样本表面的接触角

各组60 min的接触角均小于1 min时的接触角；时间是10 s时，接触角对照组>1 W>2 W>3 W；时间是20 s时，接触角对照组>1 W>2 W>3 W。

各组1 min和60 min对比，对照组、1 W组和3 W组均有显著性差异(P<0.05)，对照组与2W组无差异(P>0.05)；当时间为10 s时，1 min的接触角对照组和实验组间均无差异，实验组间也无差异；60 min的接触角对照组与2 W、3 W组有差异，与1 W组无差异，1 W组与3 W组有差异，1 W组与2 W组无差异，2 W组与3 W组无差异；当时间为20 s时，1 min的接触角对照组和实验组间均无差异，实验组间也无差异；60 min的接触角对照组与各实验组均有差异，各实验组间无差异(表 1)；当功率相同时，各实验组10 s与20 s在1 min和60 min的接触角均有差异(图 2～3,表 1)。

图 2 激光照射10 s接触角 图 3 激光照射20 s接触角

2.2 各组样本表面形态

A组镜下玷污层，大块碎屑，牙本质小管开放较少；B1组镜下大块碎屑，部分牙本质小管开放；B2组碎屑少而小，大部分牙本质小管开放；C1组镜下少许碎屑,开放的牙本质小管管口有阻塞物；C2组镜下几乎无碎屑，牙本质小管管口阻塞明显；D1镜下牙本质小管开放或熔融,管口有阻塞物；D2组牙本质小管熔融明显，管口也少见阻塞物(图 4)。

表 1 激光不同参数在牙本质表面的接触角

图 4 各组样本表面形态 (SEM， ×1 000)

3 讨 论

根管治疗过程中根管封闭剂与根管壁之间的粘附力主要受固体表面自由能即润湿性的影响，润湿性能是指一种液体在固体表面的铺展能力[2]，可用接触角表示。接触角值与表面自由能是一种相反关系，即接触角越小，润湿性越好，表面自由能越大[3]。对于根管壁，Anastáclo等[4]认为激光照射引起从玷污层改造到最初熔融的超微结构变化，而且这些效应会随激光功率的增加而增强。不同的根管封闭剂铺展能力不同，实验使用临床常用的树脂类根管封闭剂。液滴量的改变会影响所测量的接触角数值[5]，所以在实验中统一使用根管封闭剂厂家标准的混合注射器滴加相同液滴量进行测量。对于输出功率的设定，临床上一般控制在 1.0～3.0 W，随着功率的增大激光的作用效果也会加强，但过高的功率对根管壁及根尖周组织会造成损伤。半导体激光的光纤伸入根管内照射时间的长短，亦是影响其消毒效果的因素之一。接触时间越长，接触越充分，杀菌效果就越好。在考虑安全的条件下临床上一般多次进行根管内照射，每次控制在 5～10 s[6]。本实验分别选取了1、2、3 W 3 个功率，照射时间为10 s和20 s，为防止连续照射对根管壁造成的热损伤，实验中每次照射5 s，间隔5 s然后再照射5 s。

研究结果发现无论是否使用激光照射，在60 min的接触角都小于1 min的接触角，说明随着时间的延长，封闭剂在根管壁都会有一定的铺展能力，这一点通过本实验比较滴加封闭剂1 min 和60 min的接触角测定证明，发现后者均小于前者。在研究中设定了3 种功率1、2、3 W，作用时间分别为10 s和20 s，测量结果发现随着激光功率的增加，接触角变小，润湿性能增加，特别是60 min后的接触角与未经激光照射组比较，有显著性差异，说明封闭剂在激光处理后的根管壁界面有更好的铺展能力。经激光照射的根管壁表面的状况是影响润湿性的主要因素，半导体激光清除玷污层能力较好，经激光照射的根管比未经处理的根管封闭性会有所提高[7-8]。本实验扫描电镜观根管壁的牙本质超微结构发生明显变化：玷污层逐渐消失，牙本质小管从开放到逐渐熔融，根管壁趋于光滑。牙本质小管这种或熔融或开放的改变，影响根管壁牙本质的润湿性能，改变了根管壁对根管封闭剂的吸附能力。从电镜观察3 W照射后的根管壁结构更适合根管封闭剂在根管壁表面的铺展。但是由于激光照射后会引起牙本质小管的熔融，理论上这种熔融并不利于根管封闭剂渗入深层牙本质小管，有研究发现980 nm激光虽然改善了牙本质小管的形态，但增加了根尖微渗漏[4]；也有研究认为激光照射做为根管预备的辅助手段，对根尖微渗漏无明显影响[9]。所以润湿性好虽然反应了根管封闭剂的铺展能力佳，但是否有利于减少微渗漏，还需要进一步的实验研究。其次,半导体激光可深入至牙本质小管内1 000 μm处，而普通化学消毒剂的渗透深度则仅在100 μm以内[10],牙本质小管闭锁会形成一种光滑、低渗透性的根管壁,而微生物往往可以侵入深达牙本质小管2 000 μm的地方,这种熔融的根管壁可能使牙本质小管深部的细菌得到保护[11]。研究认为激光在根管治疗中作为一种补充的消毒方法，与5.25%的次氯酸钠联合使用功率2 W时能达到更好的抑菌效果[12-13]。激光照射能增强根管封闭剂对牙本质的粘接强度[14]，不同的根管封闭剂对封闭性能有不同影响，980 nm激光照射根管牙本质可增加AH Plus封闭剂的粘接强度，但对epiany封闭剂的粘接无影响[15]，因此下一步还需要对临床常用的其它封闭剂如氢氧化钙类封闭剂，生物陶瓷类封闭剂分别进行研究，以期找到最适合的激光参数和临床组合。

激光作用于根管壁牙本质时可造成根管外部和相邻组织温度的升高，有可能诱发牙根和牙周膜纤维的吸收 、牙槽骨坏死及疼痛等。陈幸等[16]研究认为3 W的功率会使根管外壁温度升高大于7 ℃。实验中功率3 W间隔照射20 s，根管壁未见碳化、牙本质壁出现裂隙等现象，考虑连续照射的不确定性，临床中建议使用3 W功率间隔照射20 s。

如何使根尖获得良好的封闭能力一直是研究的难点，而且激光对根尖封闭性能的影响一直有不同观点[4,9,17]。本实验采用的是冠2/3的牙本质样本，根尖区因为直径小弯曲度大，牙本质样本较难制作，且临床中根尖区光纤难以深入，因此有待于进一步研究。

综上，使用半导体激光进行根管壁照射可以增加根管封闭剂在根管壁的润湿性，有利于根管封闭剂在根管壁上的铺展，临床中要选择合适的激光参数和照射时间。但如何提高根管治疗的成功率，尚需要从根管封闭剂的种类、抗菌效果及减少微渗漏等诸多方面来考虑。